ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.12.2023
Просмотров: 1325
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1
ИОННО-ЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД УРАВНИВАНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ.
Варианты заданий для самостоятельной работы
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 2
3.3. Варианты заданий для самостоятельной работы по химической термодинамике и кинетике
Варианты заданий для самостоятельной работы.
Варианты заданий для самостоятельной работы
Термодинамические величины для простых веществ и соединений
По соотношению (1.2) определяется масса металла:
mMe
mH2 Mэк Ме
Мэк Н2 0.0625 103 0.028 1.75 103 кг.
0.001Пример1.3.Написать электронную формулу атома элемента № 32.
Решение. При составлении полной электронной формулы записывают условные обозначения всех полностью или частично занятых подуровней, указывая с помощью верхнего числового индекса количество электронов, размещенных на каждом подуровне. Заполнение орбиталей в многоэлектрон- ных атомах регулируется двумя основными принципами: принципом Паули и принципом наименьшей энергии. В многоэлектронных атомах порядок возрастания энергии и, следовательно, порядок последовательного заполне- ния электронами различных уровней и подуровней определяется правилами Клечковского, которые учитывают зависимость энергии орбитали от значе- ний как главного (n), так и орбитального (l) квантовых чисел. Согласно этим правилам, энергия атомных орбиталей возрастает в порядке увеличения сум- мы (n + l), а при одинаковых значениях этой суммы – в порядке последова- тельного увеличения главного квантового числа n.
Элемент № 32 – германий, р-элемент. Электронная формула будет вы- глядеть следующим образом:
1s22s22p63s23p64s23d104p2.
При этом порядок заполнения 3d, 4s и 4p орбиталей определяется прави- лами Клечковского. Для 3d-орбитали n + l = 5 (3 + 2), для 4s – n + l = 4 (4 + 0), для 4p – n + l = 5 (4 + 1), поэтому, сначала заполняется 4s (минимальная сум- ма n + l), затем 3d (так как при равенстве n + l сначала заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n) и 4p.
Пример 1.4. Записать в форме энергетических ячеек электронную кон- фигурацию наружного уровня атома хлора в основном и возбужденном со- стояниях.
Решение. Строение электронных оболочек атомов часто записывают в виде энергетических ячеек. Каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, соответствующей атомной орбитали, каждый электрон – стрелкой, соответ- ствующей направлению спина.
При составлении графической электронной формулы следует по- мнить, что:
s-подуровень – первый подуровень каждого энергетического уровня, со- стоящий из одной s-орбитали;
р-подуровень – второй подуровень каждого энергетического уровня, начиная со второго; состоит из трех p-орбиталей;
d-подуровень – третий подуровень каждого энергетического уровня, начиная с третьего; состоит из пяти d-орбиталей;
f-подуровень – четвертый подуровень каждого энергетического уровня, начиная с четвертого; состоит из семи f-орбиталей;
Также следует помнить принцип Паули, согласно которому в ячейке не может находиться более двух электронов с антипараллельными спинами, и правило Хунда, которое гласит, что суммарное значение спинового кванто- вого числа электронов данного подуровня должно быть максимальным, т. е. электроны занимают свободную орбиталь сначала по одному и имеют при этом одинаковый спин, и лишь потом спариваются.
| 3d | | | | | | |||
| 3p | ↑↓ | ↑↓ | ↑ | | ||||
| ↑↓ | | |||||||
В основном состоянии атом хлора имеет следующую электронную кон- фигурацию валентного уровня:
3s
При переходе атома в возбужденное состояние электронная пара на ва- лентной орбитали «распаривается» и один из электронов переходит на сво- бодную орбиталь подуровня с более высокой энергией в пределах того же энергетического уровня.
У атома хлора может быть три возбужденных состояния: Cl* (валентность III)
| 3d | ↑ | | | | | |||
| 3p | ↑↓ | ↑ | ↑ | | ||||
| ↑↓ | | |||||||
| 3d | ↑ | ↑ | | | | |||
| 3p | ↑ | ↑ | ↑ | | ||||
| ↑↓ | | |||||||
3sCl** (валентность V)
| 3d | ↑ | ↑ | ↑ | | | |||
| 3p | ↑ | ↑ | ↑ | | ||||
| ↑ | | |||||||
3sCl***(валентность VII)
3s
Пример1.5.Закончить и уравнять ионно-электронным методом окисли- тельно-восстановительную реакцию, протекающую в кислой среде:
Mn(NO3)2 +PbO2 +HNO3 HMnO4 +Pb(NO3)2 +…
Решение.Данное уравнение реакции перепишем в ионной
форме:
Mn2 2NO +PbO +H+ +NO H +MnO Pb2+ +2NO +…
3 2 3 4 3
и определим для восстановителя его окисленную форму:
4
Mn2 MnO,
а для окислителя – его восстановленную форму:
PbO2 Pb2.
Для процессов окисления и восстановления необходимо сначала соста- вить материальный баланс с помощью ионов Н+ и Н2О, а затем баланс по электрическим зарядам. Два полученных уравнения следует просуммировать, умножив каждое из них на коэффициенты, подобранные так, чтобы число электронов, теряемых восстановителем, было равно числу электронов, при- обретаемых окислителем. В результате получаем ионное уравнение окисли- тельно-восстановительной реакции:
4
2 Mn2 4H2O 5e MnO 8H 5 PbO2 4H+ 2e Pb2+ 2H2O4
2Mn2 8H2O 5PbO2 20H+ 2MnO 16H 5Pb2+ 10H2O. Приведем подобные члены (ионы Н+ и молекулы Н2О) в левой и правой ча- стях ионного уравнения окислительно-восстановительной реакции.
4 2
2Mn2 5PbO2 4H+ 2MnO 5Pb2+ 2H O.
3
Теперь переносим все коэффициенты из ионного уравнения в молеку- лярное уравнение реакции (включая молекулы Н2О с соответствующим сте- хиометрическим коэффициентом) за исключением коэффициента перед ионами водорода, поскольку они входят в состав азотной кислоты, а нитрат- ионы в левой части уравнения содержатся как в азотной кислоте, так и в нит-
рате марганца (II). Уравниваем ионы
NO , не принимавшие участия в окис-
лительно-восстановительной схеме, согласно материальному балансу
2Mn(NO3)2 5PbO2 6HNO3 2HMnO4 5Pb(NO3)2 2H2O.
Проводим проверку правильности расстановки стехиометрических ко- эффициентов по кислороду: количество атомов кислорода в левой и правой части уравнения окислительно-восстановительной реакции должно быть одинаковым.
Пример 1.6. Закончить и уравнять ионно-электронным методом окисли- тельно-восстановительную реакцию, протекающую в щелочной среде:
Bi2O3 Br2 KOH K3BiO4 KBr …
Решение.Перепишем данное уравнение реакции в ионной форме:
4
Bi2O3 Br2 K+ OH 3K+ BiO3 K+ Br …
и определим для восстановителя его окисленную форму:
4
Bi2O3 BiO3,
а для окислителя – его восстановленную форму:
Br2 Br.
Для процессов окисления и восстановления необходимо сначала соста- вить материальный баланс с помощью ионов OH и Н2О, а затем баланс по электрическим зарядам. Два полученных уравнения следует просуммировать, умножив каждое из них на коэффициенты, подобранные так, чтобы число
электронов, теряемых восстановителем, было равно числу электронов, при- обретаемых окислителем. В результате получаем ионное уравнение окисли- тельно-восстановительной реакции:
1